音频功率放大器及测量电路设计
本文所设计的音频功率放大器及检测电路，首先应用了multisim仿真技术，通过对所设计的电路进行仿真，来测试各个部分的主要参数及电路性能。电路的PCB原理图由DXP软件绘制。
音频功放部分由电源部分、音调控制部分、信号放部分大、信号输出部分组成。为了保证输出的效果，本设计采用TDA2030作为功放的IC，其构成的放大电路具有电路简单、输出功率大、失真度小等特点。
功率测量电路的硬件部分由电源电路、测量单元ADE7755、时钟电路、51单片机、LCD1602、存储器、通信接口等几部分组成。
关键词：音频功率放大器 TDA2030 功率检测 ADE7755 51单片机 LCD1602 M000243
In this paper, the design and testing of audio power amplifier circuit, the first application of the multisim simulation technology, designed by circuit simulation to test the performance of the main parameters and various parts of the circuit. PCB schematic circuit drawn by DXP software.
Part of the power audio amplifier section, the pitch control part, the discharge part of the large signal, component signal output portion. In order to ensure the output effect, this design uses a TDA2030 amplifier IC, which constitutes amplifier circuit has a simple circuit, output power, distortion and other small features.
Power measurement circuit consists of several parts supply section measurement unit ADE7755, 51 single-chip, LCD1602, memory, communication interface and other components.
Key Words: audio power amplifier TDA2030 single-chip power detector ADE7755 51 LCD1602
1.绪论 查看完整请+Q:351916072获取
音频功率放大器简称为功放。它主要用来将比较微弱的声音信号加以放大，从而推动扬声器对信号的重放。
随着现代科学技术的不断发展,集成电路在各类电子电路中得到十分广泛的应用。在半导体技术不断发展的同时,功率放大电路的设计与制作工艺也有了飞速的发展和应用。作为功率集成电路的重要组成部分，它被广泛应用于各类消费类电子产品中。
音频放大器的出现有很长时间的历史了，它首先被应用于电子管放大器中。迄今为止，它依然在不断地更新、发展、前进着。主要因为随着生活的不断改善，人们对音频放大器的要求越来越高，因此对音频功放的测量也就显得更为重要，这就要求我们就要不断地加以改进音频功放的设计与检测。
进入21世纪以后，各种便携式的电子设备的出现，使得音频放大器得到广泛应用，从作为通信工具的智能手机，到作为娱乐工具的MP3、MP4播放器，这些便携式电子设备几乎存在各类人群中。除此之外，还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式设备都具有音频、视频输出，这也就意味着其本身结构中要有一个音频放大器；这些设备要求它要有很大的输出功率之外，还要求它的失真度非常小。此外，一个音频功放功率越大，效率的重要性也就更为突出。在居住条件不断改善的同时，更高档次的家庭影院以及较高保证的影响设备的需求量不断增加。这些所有的设备，通常需要被给予几十瓦甚至是几百瓦的音频功率。此时，音频放大器的关键部件就被要求具备低失真、高效率的特点。
一些国外公司为了抢占国内外数字音频功率放大器的市场，自己研制出专用IC及器件，这促使人们在音频功率放大器的研究开发方面拥有了一定的进展。目前国内商业化音频功率放大器的相关产品还相对较少，基本通过国外销售专用器件来供开发商研究和使用，所以其价格也是十分昂贵的。
在中国，较一些国家而言我国的音频功率放大器设计与制作技术已经发展到了一个比较成熟的阶段，我们利用本土的自然资源及技术设计出了多种多样的音频功放，但是在音频功放的检测中，我们发现自己所制作的功放还没有真正达到高效率，高保真，低耗能，低成本的要求，而且开发成本相对较高。
从目前来看，高效率，高保真，低耗能，低成本的音频功放是市场最需要的，所以也是近几年发展的一个大方向。
2.音频放大器及元器件简介
2.1 音频功率放大器的种类
2.1.1 A类放大器
主要特点是：在输入信号的整个周期中，晶体管导通。单管放大器可以工作，也可以可以推免工作。其瞬态失真和交替失真较小，具有电路简单，调试方便，工作效率低，功耗高的特点。只有25％有理论上的最大功率，但具有较大的非线性失真。
2.1.2 B类放大器
主要特点是：无信号输入时，输出端功率几乎为零。在输入信号的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端为正半周正弦波；同理，在输入信号的负正半周期内，Q2导通Q1截止，输出端为负半波正弦波[8]。
2.1.3 AB类放大器
主要特点是：在整个信号周期内，晶体管的导通时间稍大于半周期，但小于一个周期。此时用两管推挽工作，可以避免交越失真。其具有效率高，功耗较小的特点。
2.1.4 D类放大器
D类(数字音频功率)放大器也称为开关放大器。它具有以下特点：
（1）它具有很高的效率，能够达到85%以上。
（2）由于是数字音频功放，故而它的体积小。
（3）无裂噪声接通。
（4）失真度低，有很好的频率响应。外围元器件少，设计调试很方便。
2.1.5 放大器的比较
上述四种放大器中，除了D类放大器是数字放大器之外，其他三种（甲类、乙类、甲乙类）都是模拟放大器。对于A类放大器，B类和AB类放大器的效率比A类放大器高，失真小，有更小的功耗，散热性好。B类放大器由于其较差的切换特性，或者电路参数选择的不当在使晶体管转换过程中开启和关闭状态中产生交替失真。但是D类放大器具有失真度低，有很好的频率响应。外围元器件少，设计调试很方便等优点。
2.2 音频功率放大器的主要性能指标
2.2.1 输入阻抗
一个电路输入端的等效阻抗通常称为该电路的输入阻抗。它也可以这么理解，即在输入端上加上一个电压源U，然后测量输入端的电流I，则输入阻抗Zin=U/I。
2.2.2 信噪比
信噪比（Signal to Noise Ratio），又称为讯噪比。通常可以理解为放大器输出噪声的功率与其输出信号功率的比值，它常常用分贝数dB来表示。如果一个设备的信噪比越高表明，则它的放大效果就越好。
2.2.3 输出功率
输出功率 (nominal power)也叫做“标称输出功率”。一般情况下功率放大器的功率指标又有标称输出功率和最大瞬间输出功率之分。最大瞬间输出功率是指功率放大器的峰值输出功率，它可以理解为在保证信号不受损坏的前提下，设备瞬间所能承受的输出功率最大值；标称输出功率就是额定输出功率，它通常可以理解为设备能长时间安全工作时输出功率的最大值[2]。
2.3 TDA2030简介
TDA2030 是一块性能非常优良的功放集成电路，其上升速率高、瞬态互调失真小。它应用于各种放大器中。它具有以下优点：
[1]外接元件少
[2]输出功率大
[3]体积小
[4]开机冲击极小
[5]内含各种保护电路，工作安全可靠（主要保护电路有：短路保护、热保护等）
TDA2030主要参数如表2.1所示。 查看完整请+Q:351916072获取
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1. 绪论 ………………………………………………………………………………………1
2. 音频功率放大器及元器件简介 …………………………………………………… 2
2.1 音频功率放大器的种类……………………………………………………………… 2
2.2 音频功率放大器的主要性能指标…………………………………………………… 2
2.3 TDA2030简介 ………………………………………………………………………… 4
2.4 LCD1602简介 ………………………………………………………………………… 5
2.5 51单片机简介………………………………………………………………………… 7
2.6 ADE7755简介 ………………………………………………………………………… 8
3.方案设计与论证 …………………………………………………………………………9
3.1 音频功放的设计 ……………………………………………………………………9
3.2 音频检测电路的设计…………………………………………………………………11
4．电路参数计算及软件仿真……………………………………………………………15
4.1 电路参数计算 ………………………………………………………………………15
4.2 multisim仿真 ………………………………………………………………………15
5.电路总图和元器件清单 ………………………………………………………………17
5.1 元器件清单……………………………………………………………………………17
5.2 电路板的焊接…………………………………………………………………………17
5.3 PCB原理图……………………………………………………………………………18
5.4 焊接实物 ……………………………………………………………………………20
6.总结…………………………………………………………………………………………22
参考文献 ……………………………………………………………………………………23
致谢 …………………………………………………………………………………………24
音频功放部分由电源部分、音调控制部分、信号放部分大、信号输出部分组成。为了保证输出的效果，本设计采用TDA2030作为功放的IC，其构成的放大电路具有电路简单、输出功率大、失真度小等特点。
功率测量电路的硬件部分由电源电路、测量单元ADE7755、时钟电路、51单片机、LCD1602、存储器、通信接口等几部分组成。
关键词：音频功率放大器 TDA2030 功率检测 ADE7755 51单片机 LCD1602 M000243
In this paper, the design and testing of audio power amplifier circuit, the first application of the multisim simulation technology, designed by circuit simulation to test the performance of the main parameters and various parts of the circuit. PCB schematic circuit drawn by DXP software.
Part of the power audio amplifier section, the pitch control part, the discharge part of the large signal, component signal output portion. In order to ensure the output effect, this design uses a TDA2030 amplifier IC, which constitutes amplifier circuit has a simple circuit, output power, distortion and other small features.
Power measurement circuit consists of several parts supply section measurement unit ADE7755, 51 single-chip, LCD1602, memory, communication interface and other components.
Key Words: audio power amplifier TDA2030 single-chip power detector ADE7755 51 LCD1602
1.绪论 查看完整请+Q:351916072获取
音频功率放大器简称为功放。它主要用来将比较微弱的声音信号加以放大，从而推动扬声器对信号的重放。
随着现代科学技术的不断发展,集成电路在各类电子电路中得到十分广泛的应用。在半导体技术不断发展的同时,功率放大电路的设计与制作工艺也有了飞速的发展和应用。作为功率集成电路的重要组成部分，它被广泛应用于各类消费类电子产品中。
音频放大器的出现有很长时间的历史了，它首先被应用于电子管放大器中。迄今为止，它依然在不断地更新、发展、前进着。主要因为随着生活的不断改善，人们对音频放大器的要求越来越高，因此对音频功放的测量也就显得更为重要，这就要求我们就要不断地加以改进音频功放的设计与检测。
进入21世纪以后，各种便携式的电子设备的出现，使得音频放大器得到广泛应用，从作为通信工具的智能手机，到作为娱乐工具的MP3、MP4播放器，这些便携式电子设备几乎存在各类人群中。除此之外，还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式设备都具有音频、视频输出，这也就意味着其本身结构中要有一个音频放大器；这些设备要求它要有很大的输出功率之外，还要求它的失真度非常小。此外，一个音频功放功率越大，效率的重要性也就更为突出。在居住条件不断改善的同时，更高档次的家庭影院以及较高保证的影响设备的需求量不断增加。这些所有的设备，通常需要被给予几十瓦甚至是几百瓦的音频功率。此时，音频放大器的关键部件就被要求具备低失真、高效率的特点。
一些国外公司为了抢占国内外数字音频功率放大器的市场，自己研制出专用IC及器件，这促使人们在音频功率放大器的研究开发方面拥有了一定的进展。目前国内商业化音频功率放大器的相关产品还相对较少，基本通过国外销售专用器件来供开发商研究和使用，所以其价格也是十分昂贵的。
在中国，较一些国家而言我国的音频功率放大器设计与制作技术已经发展到了一个比较成熟的阶段，我们利用本土的自然资源及技术设计出了多种多样的音频功放，但是在音频功放的检测中，我们发现自己所制作的功放还没有真正达到高效率，高保真，低耗能，低成本的要求，而且开发成本相对较高。
从目前来看，高效率，高保真，低耗能，低成本的音频功放是市场最需要的，所以也是近几年发展的一个大方向。
2.音频放大器及元器件简介
2.1 音频功率放大器的种类
2.1.1 A类放大器
主要特点是：在输入信号的整个周期中，晶体管导通。单管放大器可以工作，也可以可以推免工作。其瞬态失真和交替失真较小，具有电路简单，调试方便，工作效率低，功耗高的特点。只有25％有理论上的最大功率，但具有较大的非线性失真。
2.1.2 B类放大器
主要特点是：无信号输入时，输出端功率几乎为零。在输入信号的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端为正半周正弦波；同理，在输入信号的负正半周期内，Q2导通Q1截止，输出端为负半波正弦波[8]。
2.1.3 AB类放大器
主要特点是：在整个信号周期内，晶体管的导通时间稍大于半周期，但小于一个周期。此时用两管推挽工作，可以避免交越失真。其具有效率高，功耗较小的特点。
2.1.4 D类放大器
D类(数字音频功率)放大器也称为开关放大器。它具有以下特点：
（1）它具有很高的效率，能够达到85%以上。
（2）由于是数字音频功放，故而它的体积小。
（3）无裂噪声接通。
（4）失真度低，有很好的频率响应。外围元器件少，设计调试很方便。
2.1.5 放大器的比较
上述四种放大器中，除了D类放大器是数字放大器之外，其他三种（甲类、乙类、甲乙类）都是模拟放大器。对于A类放大器，B类和AB类放大器的效率比A类放大器高，失真小，有更小的功耗，散热性好。B类放大器由于其较差的切换特性，或者电路参数选择的不当在使晶体管转换过程中开启和关闭状态中产生交替失真。但是D类放大器具有失真度低，有很好的频率响应。外围元器件少，设计调试很方便等优点。
2.2 音频功率放大器的主要性能指标
2.2.1 输入阻抗
一个电路输入端的等效阻抗通常称为该电路的输入阻抗。它也可以这么理解，即在输入端上加上一个电压源U，然后测量输入端的电流I，则输入阻抗Zin=U/I。
2.2.2 信噪比
信噪比（Signal to Noise Ratio），又称为讯噪比。通常可以理解为放大器输出噪声的功率与其输出信号功率的比值，它常常用分贝数dB来表示。如果一个设备的信噪比越高表明，则它的放大效果就越好。
2.2.3 输出功率
输出功率 (nominal power)也叫做“标称输出功率”。一般情况下功率放大器的功率指标又有标称输出功率和最大瞬间输出功率之分。最大瞬间输出功率是指功率放大器的峰值输出功率，它可以理解为在保证信号不受损坏的前提下，设备瞬间所能承受的输出功率最大值；标称输出功率就是额定输出功率，它通常可以理解为设备能长时间安全工作时输出功率的最大值[2]。
2.3 TDA2030简介
TDA2030 是一块性能非常优良的功放集成电路，其上升速率高、瞬态互调失真小。它应用于各种放大器中。它具有以下优点：
[1]外接元件少
[2]输出功率大
[3]体积小
[4]开机冲击极小
[5]内含各种保护电路，工作安全可靠（主要保护电路有：短路保护、热保护等）
TDA2030主要参数如表2.1所示。 查看完整请+Q:351916072获取
目录 查看完整请+Q:351916072获取
1. 绪论 ………………………………………………………………………………………1
2. 音频功率放大器及元器件简介 …………………………………………………… 2
2.1 音频功率放大器的种类……………………………………………………………… 2
2.2 音频功率放大器的主要性能指标…………………………………………………… 2
2.3 TDA2030简介 ………………………………………………………………………… 4
2.4 LCD1602简介 ………………………………………………………………………… 5
2.5 51单片机简介………………………………………………………………………… 7
2.6 ADE7755简介 ………………………………………………………………………… 8
3.方案设计与论证 …………………………………………………………………………9
3.1 音频功放的设计 ……………………………………………………………………9
3.2 音频检测电路的设计…………………………………………………………………11
4．电路参数计算及软件仿真……………………………………………………………15
4.1 电路参数计算 ………………………………………………………………………15
4.2 multisim仿真 ………………………………………………………………………15
5.电路总图和元器件清单 ………………………………………………………………17
5.1 元器件清单……………………………………………………………………………17
5.2 电路板的焊接…………………………………………………………………………17
5.3 PCB原理图……………………………………………………………………………18
5.4 焊接实物 ……………………………………………………………………………20
6.总结…………………………………………………………………………………………22
参考文献 ……………………………………………………………………………………23
致谢 …………………………………………………………………………………………24
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